基于uc3842的升压电源设计毕业设计Word下载.docx

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2.2.2升压型6

2.2.3反激式7

2.3拓扑结构的确定..............8

第三章基于UC3842的开关电源的设计与实现10

3.1开关电源电路的设计....10

3.1.1开关电源电路的总体简介....10

3.1.2基于UC3842的基本结构.....10

3.1.3各部分功能简介......................................................................................................................10

3.2UC3842芯片简介.........11

3.2.1UC3842的特点......................11

3.2.2内部结构和引脚图11

3.2.3引脚功能...............................12

3.2.4芯片工作原理.......................12

3.3硬件电路设计13

结论15

参考文献17

附录一系统电路图18

附录二元器件清单19

附录二小组分工..............................................................................................................................................19

摘要

开关电源是应用于广泛领域的一种电力电子装置。

它具有电能转换效率高、体积小、重量轻、控制精度高和快速性好等优点，在小功率范围内基本取代了线性电源，并迅速想大功率范围推进，在很大程度上取代了晶闸管相控整流电源。

可以说，开关电源技术是目前中小功率直流电能变换装置的主流技术。

本文首先描述了开关电源的发展，对目前出现的几种典型的开关电源技术作了归纳总结和分析比较，在此基础上指出了开关电源技术的发展状况和开关电源产品的发展趋势。

并且对开关电源的发展史、应用范围、主电路的选择、控制方法作了简要的介绍。

在设计中主要采用了脉宽调制（PWM）、全桥整流、自锁保护等技术，应用了控制芯片UC3842做为PWM控制芯片，对变压器次级线圈采用堆叠式绕法，改进光耦反馈电路的选择，使电路能达到所需基本要求同时，力求稳定、高效。

关键字：

开关电源，拓扑结构，变压器，正激式

第一章引言

1.1开关电源设计的目的以及意义

电子技术的高速发展，电子设备与人们的工作、生活的关系日益密切，而电子设备都离不开可靠的电源，进入90年代开关电源相继进入各种电子、电器设备领域，程控交换机、通讯、电力检测设备电源、控制设备电源等都已广泛地使用了开关电源，更促进了开关电源技术的迅速发展。

开关电源是利用现代电子技术，控制开关晶体管开通和关断的时间比率，维持稳定输出电压的一种电源，开关电源一般由脉冲宽度调制（PWM）和MOSFET构成。

开关电源和线性电源相比，二者的成本都随着输出功率的增加而增长，但二者增长速率各异。

开关电源比普通的线性电源效率高，开关电源的发展与应用在节约能源、节约资源及保护环境方面都具有重要的意义。

开关电源高频化是其发展的方向，高频化使开关电源小型化，并使开关电源进入更广泛的应用领域，开关电源比普通线性电源体积小，轻便化，更便于携带。

1.2开关电源的发展历史

1955年美国的科学家罗那（G.H.Royer）首先研制成功了利用磁芯的饱和来进行自激振荡的晶体管直流变换器。

此后，利用这一技术的各种形式的精益求精直流变换器不断地被研制和涌现出来，从而取代了早期采用的寿命短、可靠性差、转换效率低的旋转和机械振子示换流设备。

由于晶体管直流变换器中的功率晶体管工作在开关状态，所以由此而制成的净化稳压电源输出的组数多、极性可变、效率高、体积小、重量轻，因而当时被广泛地应用于航天及军事电子设备。

由于那时的微电子设备及技术十分落后，不能制作出耐压高、开关速度较高、功率较大的晶体管，所以这个时期的直流变换器只能采用低电压输入，并且转换的速度也不能太高。

60年代，由于微电子技术的快速发展，高反压的晶体管出现了，从此直流变换器就可以直接由市电经整流、滤波后输入，不再需要工频变压器降压了，从而极大地扩大了它的应用范围,并在此基础上诞生了无工频降压变压器的开关电源。

省掉了工频变压器，又使开关稳压电源的体积和重量大为减小，开关净化稳压电源才真正做到了效率高、体积小、重量轻。

70年代以后，与这种技术有关的高频，高反压的功率晶体管、高频电容、开关二极管、开关变压器的铁芯等元件也不断地研制和生产出来，使无工频变压器开关稳压电源得到了飞速的发展，并且被广泛地应用于电子计算机、通信、航天、彩色电视机等领域，从而使无工频变压器开关净化稳压电源成为各种电源的佼佼者。

1.3国内发展状况

我国的晶体管直流变换器及开关稳压电源研制工作开始于60年代初期，到60年代中期进入实用阶段，70年代初期开始研制无工频降压变压器开关稳压电源。

1974年研制成功了工作频率为10kHz、输出电压为5V的无工频降压变压器开关净化稳压电源。

近10多年来，我国的许多研究所、工厂及高等院校已研制出多种型号的工作频率在20kHz左右，输出功率在1000W以下的无工频降压变压器开关稳压电源，并应用于电子计算机、通信、电视等方面，取得了较好的效果。

工作频率为100kHz―200kHz的高频开关稳压电源于80年代初期就已开始试制，90年代初期就已试制成功。

目前正在走向实用阶段和再进一步提高工作频率。

许多年来，虽然我国在无工频降压开关净化稳压电源方面作了巨大的努力，并取得了可喜的成果，但是，目前我国的开关稳压电源技术与一些先进的国家相比仍有较大的差距。

此外，这些年来，我国虽然把无工频变压器开关稳压电源的工作频率从数十kHz提高到了数百kHz，把输出功率由数十瓦提高到了数百瓦甚至数千瓦，但是，由于我国半导体技术与工艺跟不上时代的发展，导致我们自己研制和生产出的无工频变压器开关电源中的开关管大部分采用的仍是进口的晶体管。

所以我国的开关净化稳压电源事业要发展，要赶超世界先进水平，最根本的是要提高我国的半导体技术和工艺。

1.4开关电源的发展趋势

目前开关电源以小型，轻量和高效率的特点被广泛应用于电子计算机为主导的各种终端设备、通信设备等几乎所有的电子设备，是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源方式。

市场上的开关电源中，用MOS管制成的300-500KHZ电源早已经实用化，其频率可以进一步提高。

但是频率的提高会产生浪涌或噪声，这样不仅影响周围的电子设备，还会大大降低电源本身的可靠性。

所以如何抑制高频噪声现在也是开关电源的一个研究方向。

开关电源的未来可以概括为以下四个方面：

（1）小型化、薄型化、轻量化、高频化开关电源的体积、重量主要是由储能元件（磁性元件和电容）决定的，因此开关电源的小型化实质上就是尽可能减小其中储能元件的体积；

在一定范围内，开关频率的提高，不仅能有效地减小电容、电感及变压器的尺寸，而且还能够抑制干扰，改善系统的动态性能。

因此，高频化是开关电源的主要发展方向。

（2）高可靠性开关电源使用的元器件比连续工作电源少数十倍，因此提高了可靠性。

从寿命角度出发，电解电容、光耦合器及排风扇等器件的寿命决定着电源的寿命。

所以，要从设计方面着眼，尽可能使用较少的器件，提高集成度。

这样不但解决了电路复杂、可靠性差的问题，也增加了保护等功能，简化了电路，提高了平均无故障时间。

（3）低噪声开关电源的缺点之一是噪声大。

单纯地追求高频化，噪声也会随之增大。

采用部分谐振转换回路技术，在原理上既可以提高频率又可以降低噪声。

所以，尽可能地降低噪声影响是开关电源的又一发展方向。

（4）采用计算机辅助设计和控制采用CAA和CDD技术设计最新变换拓扑和最佳参数，使开关电源具有最简结构和最佳工况。

在电路中引入微机检测和控制，可构成多功能监控系统，可以实时检测、记录并自动报警等。

开关电源的发展从来都是与半导体器件及磁性元件等的发展休戚相关的。

高频化的实现，需要相应的高速半导体器件和性能优良的高频电磁元件。

发展功率MOSFET、IGBT等新型高速器件，开发高频用的低损磁性材料，改进磁元件的结构及设计方法，提高滤波电容的介电常数及降低其等效串联电阻等，对于开关电源小型化始终产生着巨大的推动作用。

1.5本文的设计要求

开关电源主要有主电路、控制电路、检测电路、辅助电源等组成。

它是通过电路控制开关管进行高速的导通与截止，将交流电经过整流、变压，从而产生所需要的一组或多组直流电压。

本设计采用正激式变压器，在输入电压变化范围85~265V内、50HZ，输出电压12V；

最大输出电流为4A；

电压调整率≤2%；

纹波电压（峰-峰值）≤120mV（最低输入电压下，满载）；

效率≥80%。

第二章开关电源的工作原理

2.1开关电源的基本构成

图2.1为开关电源电路的基本构成，它包括整流滤波电路，DC-DC控制器，开关占空比控制器及取样比较电路等模块。

DC-DC变换器

交流输入VsVoVo整流滤波电子开关整流滤波

占空比控制

取

Ve样

比较电路比

较Vref

图2.1开关电源的基本构成

2.2开关电源常用的拓扑结构分析

作为电源设计的核心组件,可靠性升级的基础,轻薄小型化的关键,电磁兼容性的保障的DC-DC直流变换电路,引导着开关电源设计的方向,从本质上来说绝大部分开关控制器都具有常规的几种拓扑结构。

其有两种基本的类型：

非隔离型和隔离型。

2.2.1降压型

降压型又称为BUCK控制器，图2.2为其典型电路结构。

VinVsatLIo

Vo

Ton

IL

Toff

PWM

CoRL

图2.2降压型典型电路结构

基本工作原理:

当开关管导通（Ton）时,电感L将能量以磁场的形式储存起来。

随着电源电压Vin对电感L的充电，L电流IL对输出电容CO充电，并提供负载电流Io，VD被反向偏置而截止。

当开关管截止（Toff）时，L中消失的磁场使其极性颠倒VD加正向偏压而导通，L和CO在Toff提供负载电流Io。

输出电压：

Vo=

TonToff+Ton

Vin=αE

（其中α为占空比）（2-1）

图2.3为降压型电路的二极管电压和电感电流的波形如下。

Ip

t

Vd

Vin

Vwd

TonTofft

图2.3降压型电路的二极管电压和电感电流波形

2.2.2升压型

升压型又称为BOOST控制器，图2.4为其典型电路结构。

VinTon

T